본 연구실은 철강 및 다양한 합금의 미세조직을 정밀하게 제어하여 강도, 연성, 인성 등 상반되는 기계적 특성을 동시에 극대화하는 연구에 중점을 두고 있습니다. 전통적으로 합금의 강도를 높이면 연성과 인성이 저하되는 트레이드오프가 존재하였으나, 본 연구실은 합금 조성, 손상 내성 미세조직 설계, 열·기계적 공정(thermo-mechanical process) 등 첨단 공정 기술을 융합하여 이러한 한계를 극복하고자 합니다. 이를 위해 다양한 미세조직 분석 기법(EBSD, ECCI, APT 등)을 활용하여 미세조직과 기계적 특성 간의 상관관계를 다각적으로 규명하고 있습니다. 특히, 자동차, 우주항공, 극저온 환경 등 극한 조건에서 요구되는 고강도·고연성 소재 개발을 목표로, 1세대, 2세대, 3세대 고장력강(AHSS) 및 중망간강, 특수강, 마레이징강 등 다양한 신합금 시스템을 연구합니다. 각 합금의 미세조직 내 상변태, 결정립 크기, 상 분포, 경계 특성 등을 정밀하게 제어함으로써, 기존 소재의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 물성 조합을 구현하고 있습니다. 이러한 연구는 산업 현장에서의 실질적 적용성을 높이기 위해, 실제 부품 제조 공정과 연계한 실험 및 시뮬레이션을 병행합니다. 또한, 미세조직 제어를 통한 소재의 내구성, 손상 저항성, 극저온 충격 인성, 수소취성 저항성 등 다양한 특성 향상에 대한 근본적 메커니즘을 규명함으로써, 차세대 구조재료 개발의 패러다임을 선도하고 있습니다.

탄소중립 사회로의 전환과 산업계의 지속가능성 확보를 위해, 본 연구실은 재활용 기반 친환경 철강 소재 개발에 주력하고 있습니다. 철강 산업은 전 세계 온실가스 배출의 약 7%를 차지하는 대표적인 탄소 집약적 산업으로, 전통적인 고로 공정의 한계를 극복하기 위한 다양한 대체 기술이 요구되고 있습니다. 본 연구실은 수소환원 제강, 전기로 기반 스크랩 재활용 공정 등 차세대 저탄소 철강 제조 기술과 연계하여, 재활용에 최적화된 단일조성강, 미세조직 지배형 합금 설계(microstructure-dominated alloy design), 손상 내성 미세조직 등 혁신적인 소재를 개발하고 있습니다. 특히, 스크랩 재활용 과정에서 불가피하게 축적되는 트램프 원소(Cu, Sn, P 등)에 의한 기계적 특성 저하 문제를 극복하기 위해, 트램프 원소 내성 소재 개발과 미세조직 극한 제어 기술을 접목하고 있습니다. 이를 통해, 단일 조성임에도 불구하고 미세조직 설계만으로 다양한 기계적 특성을 구현할 수 있는 REUSES(재활용 지향 단일강) 소재를 제안하고, 전기로 기반 생산 시스템의 고부가가치화 및 친환경화에 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 소재의 재활용성, 환경친화성, 경제성, 그리고 극한 환경(극저온, 수소취성 등)에서의 신뢰성까지 모두 고려한 통합적 접근을 통해, 미래 철강 산업의 지속가능한 발전과 탄소중립 실현에 핵심적인 역할을 하고 있습니다.

수소취성(hydrogen embrittlement)과 극저온 취성(low-temperature embrittlement)은 철강 및 합금의 신뢰성 확보에 있어 가장 중요한 난제 중 하나입니다. 본 연구실은 다양한 미세조직 및 변형 메커니즘(TRIP, TWIP 등)을 갖는 합금에서 수소취성 및 극저온 취성의 근본적 원인을 규명하고, 내성 강화 방안을 제시하는 데 주력하고 있습니다. 이를 위해 열탈착분석(TDA), 스캐닝 켈빈 프로브 마이크로스코프(SKPFM), EBSD, ECCI 등 첨단 분석기법을 활용하여, 수소의 확산, 집적, 크랙 발생 및 전파 메커니즘을 다각적으로 분석합니다. 특히, 미세조직 내 상분포, 결정립 경계, 트윈 및 마르텐사이트 형성 등 미세구조적 요인이 수소취성 및 극저온 취성에 미치는 영향을 체계적으로 연구하고 있습니다. 또한, 부분 재결정화, 합금 원소 첨가, 미세조직 극한 제어 등 다양한 공정 및 합금 설계 전략을 통해, 수소취성 및 극저온 취성에 대한 내성을 획기적으로 향상시키는 소재 개발에 성공하고 있습니다. 이러한 연구는 수소 저장 시스템, 극저온 저장탱크, 우주항공 구조재 등 극한 환경에서의 소재 신뢰성 확보에 필수적이며, 산업 현장에서의 실질적 문제 해결과 미래 에너지·모빌리티 산업의 혁신을 견인하고 있습니다.

본 연구실은 적층제조(additive manufacturing) 기술을 활용한 신합금 개발 및 미세조직 제어에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. Ti-6Al-4V, Inconel 718, Co-Cr-Mo 등 다양한 금속 및 합금의 적층제조 공정에서 발생하는 미세조직 변화와 기계적 특성의 상관관계를 규명하며, 공정 변수(선속, 냉각속도 등)에 따른 결정립 구조, 상분포, 나노 석출물 형성 등을 정밀하게 제어하는 기술을 개발하고 있습니다. 또한, 초소성(superplasticity), 자기치유(self-healing), 고엔트로피 합금(high entropy alloy), 극저온용 합금, 우주항공용 저열팽창·고강도 합금 등 다기능성 신합금 시스템을 연구합니다. 이를 통해, 기존 소재의 한계를 뛰어넘는 새로운 물성(예: 극한 연성, 자기치유 능력, 극저온 인성, 경량화 등)을 구현하고, 미래 산업의 다양한 요구에 대응할 수 있는 혁신적 소재 솔루션을 제시하고 있습니다. 이러한 연구는 소재 설계, 공정, 미세조직 분석, 기계적 특성 평가 등 전주기적 접근을 통해, 차세대 구조재료 및 기능성 소재 개발의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.